基于绿色数据中心的数据中心应用研究

基于绿色数据中心的数据中心应用研究

马舒然

南京审计大学，211815

【摘要】自十三五规划建议明确提出实施国家大数据战略以来，移动互联网，物联网，云计算行业深入发展，大数据体量呈现爆发式增长，大数据产业已成为推动经济高质量发展的新动力。数据中心行业作为大数据产业的基础设施，呈现高速发展态势。数据中心作为计算、存储、传输海量数据的实体，逐渐转变为复杂性的聚集地，变成资源密集型、资本密集型、技术密集型产业。数据中心正在向新技术、新生态发展，未来必将成为下一波技术创新的制高点，全面体现新基建的科技内涵，更好地支撑上层应用发展，夯实数字经济之基。本文对数据中心行业发展现状与近十年来绿色化发展的历程进行了回顾，并对绿色数据中心的健康发展进行了展望。

【关键词】低耗高效；边云协同；数网协同；AI赋能

一、数据中心发展现状

（一）整体增速较快

数据中心作为信息基础设施，在数字经济高速发展的今天，其规模每年均在快速增长。根据CBRE相关报告[4]，全球数据中心热点区域的IT容量增长率在14%～40%之间。其中，中国、亚太和欧洲等国家和地区的增速较高，美国热点地区增速平稳。根据工业和信息化部发布的《全国数据中心发展指引》[1]，我国数据中心机架总数由2018年年底的226万增长到2019年年底的315万，增长率近40%。从全国数据中心热点地区来看，增长率均超过40%。

（二）产业效益较大

据Copenhagen Economics报告[5]，2007—2018年，谷歌在欧洲投资69亿欧元，用于数据中心相关的基础设施建设和运营，在此期间，这些投资每年产生了7.3亿欧元的GDP。

我国IDC业务收入保持高速增长。根据中国信息通信研究院统计[2]，2019年我国IDC行业市场收入达到878亿元左右，近3年复合增长率约26%，预计未来仍将保持快速增长势头。从社会发展来看，2018年我国数字经济规模达31.3万亿元，到2019年该数值达到35.8万亿，数据中心等信息基础设施在数字经济的体系架构中发挥着重要作用。[3]

（三）算力持续提升

数据中心算力水平、机架规模与使用效率密切相关。数据中心机架规模越大表明数据中心能够提供的理论算力越高；数据中心的使用效率越高说明当前提供的实际算力更多。截止到2019年年底，我国数据中心总算力为79.74 EFLOPS(FP32)。综合通用计算能力和高性能计算能力的算效，全国数据中心的总体算效达到18.16 GFLOPS/W(FP32)。

二、绿色数据中心新技术应用

（一）低耗高效

1、新技术的使用将使数据中心的能源使用效率越来越高。随着间接蒸发冷却、液冷等新技术的成熟和部署，数据中心PUE越来越低。阿里巴巴仁和项目以接近1的PUE值获评数据中心绿色等级AAAAA，以实践说明了数据中心高效能发展趋势。

2、智能监控与管理对数据中心的高效能运营非常重要。数据中心的设备数量大、种类多，缺乏集中式统一的管理将会导致运维任务繁重，且无法保证数据中心的可靠运营。同时，不断上涨的能源成本和计算需求给数据中心的运营带来了巨大的压力。云计算等新技术将数据中心资源池化，大幅度提高服务器使用率。

（二）边云协同

5G将给边缘计算带来发展机遇。边缘计算由于它的分布式、高密度、低时延和安全性将会给5G带来巨大的支撑，未来5G+边缘的市场空间充满想象。边缘数据中心的建设、运维应有其独有的特点。未来，“边缘+云端”将是数据中心布局的必然趋势。

（三）数网协同

据思科2020年预测[6]，未来5年，全球数据中心IP流量将会扩大3倍。要实现“东数西算”等美好愿景，网络将会承担非常重要的作用。大量的数据将会被从东部传输到西部，这需要极大的网络带宽和更少的网络跳转才能保证数据的传送质量。SDN调度广域网将会对优化广域网链路利用率、保障网络质量起到关键的作用。部署SDN之后，将具备网络需求和网络组织的全局视图，可对所有流量计算出最佳路径，确定数据包的网络行为，从而减少保护性带宽的需要，少量的资源即可获得更高的网络质量，网络利用率可由低于30%提升并稳定在70%以上。

（四）AI赋能

AI应用需要大量的GPU加速计算实现。同时，AI又可以反哺数据中心的统筹管理，支撑数据中心的运维和故障预测等。在数据中心基础设施层面，通过采集和分析监测点的温湿度和空气流动模型，自动调节制冷设备和配电设备的输出以使能源获得更高效的利用。通过基于AI的数据分析和挖掘可以提前预测服务器、交换机以及SSD故障，减少数据中心的宕机风险。AI还可以对数据中心进行自动化运维，实现无人值守，提升数据中心的安全等级。未来，AI将通过主动帮助灾难恢复来主导数据中心的运维服务。因此，数据中心和第三方服务商必须利用AI来跟上新兴的技术趋势并获得竞争优势。

三、结论

2010—2020年，是我国数据中心产业高速发展的十年。在政府、行业组织和产业界共同的努力下，各项成果层出不穷。随着碳达峰和碳中和的提出，作为能源消耗大户的数据中心的绿色化必然会受到更多的关注。未来，低耗高效、边云协同、数网协同及AI赋能等必然成为数据中心发展的重要趋势，需要业界作更多的努力和探索，共同推动数据中心产业的健康发展。

参考文献：

[1]工业和信息化部通信发展司. 全国数据中心发展指引[M]. 北京:人民邮电出版社, 2020.

[2]中国信息通信研究院, 开放数据中心委员会. 数据中心白皮书(2020)[R], 2020.

[3]李洁，郭亮，谢丽娜.数据中心发展概述[J]．信息通信技术与政策，2021，2096-5931，13-18.

[4]CBRE Research. ASIA Pacific data centres trend Q1 2019[R], 2019.

[5]Copenhagen Economics. Google’s hyperscale data centres and infrastructure ecosystem in EUROPE[R], 2019.

[6] Cisco. 2020 global networking trends report[R], 2020.